JP6968006B2 - 前縁カバー部材、前縁カバー部材ユニット、複合材翼、前縁カバー部材の製造方法及び複合材翼の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、前縁カバー部材、前縁カバー部材ユニット、複合材翼、前縁カバー部材の製造方法及び複合材翼の製造方法に関する。

動翼及び静翼には、強化繊維に樹脂を含浸させた複合材料層を積層して形成された複合材翼本体が用いられる。例えば、航空機のエンジンのファンブレードに用いられる複合材翼本体は、バードストライクや砂塵等の衝突を考慮して、前縁を含む前縁領域に、重厚な金属製の前縁カバー部材を接着した構造が提案されている（特許文献１参照）。

特開２０１６−１３８５５０号公報

一方で、産業用のガスタービン圧縮機に用いられる複合材翼本体は、吸気温度低減のため水滴噴霧が行われることがあるため、水滴エロージョンの対策が必要となる。水滴エロージョンの対策には、高い耐食性と疲労強度を有するチタン合金等の金属材料が適している。しかし、このようなチタン合金等の金属材料は、難加工材料であるため、産業用のガスタービン圧縮機に用いられる複合材翼本体が有している薄肉で複雑な曲面の前縁領域の形状に合わせて加工することが難しいという問題がある。このため、特許文献１の方法を用いて、産業用のガスタービン圧縮機に用いられる複合材翼本体に水滴エロージョンの対策として用いることに適した前縁カバー部材を製造することは、製造性や製造コストの面で課題があった。

また、産業用のガスタービン圧縮機に用いられる複合材翼本体が受ける水滴の衝突のエネルギーは、航空機のエンジンのファンブレードに用いられる複合材翼本体が受けるバードストライクや砂塵等の衝突のエネルギーと比較して極めて小さい。このため、特許文献１の方法を用いて、産業用のガスタービン圧縮機に用いられる複合材翼本体に水滴エロージョンの対策として用いることに適した前縁カバー部材を製造することは、対衝突の強度という点で過剰設計となってしまい、このために、産業用のガスタービン圧縮機に用いられる複合材翼本体が備えている軽量性の長所を失わせてしまう可能性があるという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、産業用のガスタービン圧縮機に用いられる複合材翼本体に水滴エロージョンの対策として用いることにも適した前縁カバー部材、前縁カバー部材ユニット、複合材翼、前縁カバー部材の製造方法及び複合材翼の製造方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、前縁カバー部材は、強化繊維と樹脂とを含む複合材翼本体において空気流の上流側の部位である前縁を含む前縁領域の外側に設けられる前縁カバー部材であって、強化繊維と樹脂とを含み、前記前縁領域の外側に接着して設けられる複合材料カバー基材と、前記複合材料カバー基材の外側の少なくとも一部に形成された金属補強層と、を有することを特徴とする。

この構成によれば、前縁カバー部材において複合材翼本体の前縁領域と接着して設けられる側の部分を軽量で加工性のよい複合材料で構成し、前縁カバー部材において空気流の上流側の部位である外側の部分を高い耐食性と疲労強度を有する金属で構成することができるので、産業用のガスタービン圧縮機に用いられる複合材翼本体に水滴エロージョンの対策として用いることにも適した前縁カバー部材を得ることができる。

この構成において、前記複合材料カバー基材は、前記複合材翼本体の翼全長に渡って、厚さが前記複合材翼本体の前縁半径もしくは前記複合材翼本体の短径の１／２に対する比率が２％以上３０％以下であり、前記金属補強層は、厚さが５μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましい。この構成によれば、さらに軽量で、かつ、複合材翼本体の前縁領域になじむ前縁カバー部材を得ることができる。

これらの構成において、前記金属補強層の厚さは、前記複合材料カバー基材の厚さ以下であることが好ましい。この構成によれば、複合材料カバー基材と金属補強層との間で剛性の均衡がとれているので、一方が他方に起因して変形を起こしてしまう可能性を低減できる前縁カバー部材を得ることができる。

これらの構成において、前記複合材料カバー基材は、前記複合材料カバー基材に含まれる強化繊維が前記複合材翼本体の翼長方向に対して３０°以上６０°以下の方向に沿って配列されていることが好ましい。この構成によれば、複合材料カバー基材に含まれる強化繊維が複合材翼本体の前縁領域に沿って容易に変形することができるので、より複合材翼本体の前縁領域になじむ前縁カバー部材を得ることができる。

これらの構成において、前記複合材料カバー基材は、炭素繊維強化プラスチックまたはガラス繊維強化プラスチックの薄膜プリプレグを積層して形成されていることが好ましい。あるいは、これらの構成において、前記複合材料カバー基材は、前記複合材料カバー基材に含まれる強化繊維が高弾性樹脂繊維であることが好ましい。これらの構成によれば、複合材料カバー基材が軽量かつ複合材翼本体の前縁領域に沿って容易に変形することができるので、より複合材翼本体の前縁領域になじむ軽量の前縁カバー部材を得ることができる。

これらの構成において、前記複合材料カバー基材において前記金属補強層が設けられている面側に接触して設けられ、電気絶縁性を有する電気絶縁層を含むことが好ましい。さらに、前記電気絶縁層は、絶縁ガラス繊維強化プラスチック層であることがより好ましい。これらの構成によれば、金属補強層の電食を抑制することができる。

これらの構成において、前記金属補強層は、表面側に設けられ、硬質金属または超硬質金属で形成される硬質金属補強層を含むことが好ましい。さらに、前記硬質金属補強層は、硬質Ｃｒめっき層あるいはＮｉ合金めっき層であることがより好ましい。これらの構成によれば、前縁領域へのなじみ性に影響をあまり及ぼすことなく、前縁領域が水滴の衝突によって摩耗することを低減することができる。

これらの構成において、前記金属補強層は、前記複合材料カバー基材が設けられている面側に接触して設けられ、軟質金属で形成される補助金属補強層を含むことが好ましい。さらに、前記補助金属補強層は、Ｃｕめっき層あるいは純Ｎｉめっき層であることが好ましい。これらの構成によれば、補助金属補強層が軟質で延性が高いので、複合材料カバー基材と金属補強層との間の境界面に発生するせん断歪みを緩和することにより、複合材料カバー基材と金属補強層との密着強度を向上させることができる。

これらの構成において、前記複合材料カバー基材の前記金属補強層側の境界面は、算術平均粗さが１μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。この構成によれば、複合材料カバー基材と金属補強層との間の境界面の算術平均粗さにより、複合材料カバー基材と金属補強層との密着強度を向上させることができる。

あるいは、これらの構成において、前記複合材料カバー基材の前記金属補強層側の境界面は、パラジウム触媒粒子を含有するプライマー層が形成されていることが好ましい。この構成によれば、プライマー層により、複合材料カバー基材と金属補強層との密着強度を向上させることができるとともに、金属補強層を平滑化させて複合材翼の空力性能を向上させることができる。

これらの構成において、前記複合材料カバー基材と前記金属補強材との境界部分における外側の表面は、段差なく滑らかな面で形成されていることが好ましい。この構成によれば、複合材翼の空力面の効率低下を抑制することができる。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、前縁カバー部材ユニットは、上記したいずれかの前縁カバー部材と、前記前縁カバー部材が外側に設けられ、前記複合材翼本体の前記前縁領域の形状を有する雄型と、を有することを特徴とする。この構成によれば、雄型により前縁カバー部材の形状を適切に維持した状態で搬送などの取り扱いを行うことを可能にする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、複合材翼は、上記したいずれかの前縁カバー部材と、前記前縁カバー部材が前記前縁領域の外側に設けられた前記複合材翼本体と、を有することを特徴とする。この構成によれば、前縁カバー部材において複合材翼本体の前縁領域と接着して設けられる側の部分を軽量で加工性のよい複合材料で構成し、前縁カバー部材において空気流の上流側の部位である外側の部分を高い耐食性と疲労強度を有する金属で構成することができるので、産業用のガスタービン圧縮機に用いられる複合材翼本体に適切な水滴エロージョンの対策をした複合材翼を得ることができる。

この構成において、前記複合材翼本体と前記前縁カバー部材との境界部分における外側の表面は、段差なく滑らかな面で形成されていることが好ましい。この構成によれば、複合材翼の空力面の効率低下を抑制することができる。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、前縁カバー部材の製造方法は、複合材翼本体において空気流の上流側の部位である前縁を含む前縁領域の外側に設けられる前縁カバー部材の製造方法であって、前記複合材翼本体の前記前縁領域の形状を有する雄型に、強化繊維と樹脂とを含むプリプレグを積層して硬化させることで前縁カバー部材における複合材料カバー基材を形成する複合材料カバー基材形成ステップと、前記複合材料カバー基材形成ステップで形成された前記複合材料カバー基材の外側の少なくとも一部に金属補強層を形成することで、前記前縁カバー部材を形成する金属補強層形成ステップと、を有することを特徴とする。この構成によれば、前縁カバー部材において複合材翼本体の前縁領域と接着して設けられる側の部分を軽量で加工性のよい複合材料で構成し、前縁カバー部材において空気流の上流側の部位である外側の部分を高い耐食性と疲労強度を有する金属で構成することができるので、産業用のガスタービン圧縮機に用いられる複合材翼本体に水滴エロージョンの対策として用いることにも適した前縁カバー部材を得ることができる。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、複合材翼の製造方法は、上記した前縁カバー部材の製造方法における前記複合材料カバー基材形成ステップ及び前記金属補強層形成ステップと、前記金属補強層が形成された前記前縁カバー部材を前記複合材翼本体に嵌め合わせて接着する接着ステップと、を有することを特徴とする。この構成によれば、前縁カバー部材において複合材翼本体の前縁領域と接着して設けられる側の部分を軽量で加工性のよい複合材料で構成し、前縁カバー部材において空気流の上流側の部位である外側の部分を高い耐食性と疲労強度を有する金属で構成することができるので、産業用のガスタービン圧縮機に用いられる複合材翼本体に適切な水滴エロージョンの対策をした複合材翼を得ることができる。

図１は、実施形態に係る前縁カバー部材及び複合材翼の概略斜視図である。 図２は、実施形態に係る前縁カバー部材及び複合材翼の詳細な構成の一例を示す断面図である。 図３は、図２のＡの領域を拡大した拡大図である。 図４は、図２の金属補強層の特性を示すグラフである。 図５は、実施形態に係る前縁カバー部材及び複合材翼の詳細な構成の別の一例を示す断面図である。 図６は、実施形態に係る前縁カバー部材及び複合材翼の詳細な構成のまた別の一例を示す断面図である。 図７は、実施形態に係る前縁カバー部材及び複合材翼の製造方法を示すフローチャートである。 図８は、図７の複合材料カバー基材形成ステップを説明する説明図である。 図９は、図７の金属補強層形成ステップの１段階を説明する説明図である。 図１０は、図７の金属補強層形成ステップの次の１段階を説明する説明図である。 図１１は、図７の接着ステップを説明する説明図である。

以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。

［実施形態］
図１は、実施形態に係る前縁カバー部材１０及び複合材翼２０の概略斜視図である。複合材翼２０は、図１に示すように、前縁カバー部材１０と、前縁カバー部材１０が前縁２２を含む前縁領域２３の外側に設けられた複合材翼本体２１と、を有する。ここで、前縁領域２３は、前縁２２に交差する方向において、前縁２２を跨いで前縁２２に隣接する背側及び腹側の面の一部を覆う前縁２２から一定の距離内にあり、前縁２２に沿う方向において、前縁２２の少なくとも一部または全部の長さの範囲にある領域のことを指す。複合材翼２０は、産業用のガスタービン圧縮機に用いられるものが例示される。

複合材翼本体２１は、例えば、複合材翼本体２１の背側と腹側とを結ぶ方向である翼厚方向に、複合材料層を積層して形成されている。図１に示すＬ方向は、複合材翼本体２１の翼頂側と翼根側とを結ぶ方向である翼長方向である。図１に示すＷ方向は、複合材翼本体２１の前縁側と後縁側とを結ぶ方向である翼幅方向である。複合材翼本体２１は、背側及び腹側が複雑な曲面で形成されており、翼頂側におけるＷ方向と翼根側におけるＷ方向とがねじれの関係となっている。複合材翼本体２１は、背側の曲面と腹側の曲面との交線である２本の曲線のうち、空気流の上流側の曲線が前縁２２となっており、空気流の下流側の曲線が後縁となっている。複合材翼本体２１は、翼根側の端部が複合材翼支持部材２６により回転軸の周面に固定されることで、所定の径で所定の方向に回転可能に支持されている。

前縁カバー部材１０は、複合材料を含み、図１に示すように、前縁領域２３の外側の面に接着して、前縁領域２３を覆うように設けられる。前縁カバー部材１０及び複合材翼本体２１に含まれる複合材料は、強化繊維と、強化繊維に含浸された樹脂と、を有する。この複合材料は、航空機、自動車及び船舶等に一般に用いられる材料が例示される。強化繊維は、５μｍ以上７μｍ以下の基本繊維を数１００本から数１０００本程度束ねたものが例示される。強化繊維を構成する基本繊維は、ガラス繊維、カーボン繊維、及びアラミド繊維が好適なものとして例示される。強化繊維を構成する基本繊維は、これに限定されず、その他のガラス繊維、プラスチック繊維又は金属繊維でもよい。

強化繊維に含浸される樹脂は、熱硬化性樹脂が好ましいが、熱可塑性樹脂でもよい。熱硬化性樹脂は、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂及びビニルエステル樹脂が例示される。熱可塑性樹脂は、ポリアミド樹脂、ポリプロピレン樹脂、ＡＢＳ（Acrylonitrile Butadiene Styrene）樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）、及びポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等が例示される。ただし、強化繊維に含浸される樹脂は、これに限定されず、その他の樹脂でもよい。

強化繊維に含浸される樹脂が熱硬化性樹脂の場合、熱硬化性樹脂は、軟化状態と、硬化状態と、半硬化状態となることができる。軟化状態は、熱硬化性樹脂を熱硬化させる前の状態である。軟化状態は、自己支持性を有さない状態であり、支持体に支持されていない場合に形状を保持できない状態である。軟化状態は、加熱されて、熱硬化性樹脂が熱硬化反応をすることができる状態である。硬化状態は、熱硬化性樹脂を熱硬化させた後の状態である。硬化状態は、自己支持性を有する状態であり、支持体に支持されていない場合でも形状を保持できる状態である。硬化状態は、加熱されても、熱硬化樹脂が熱硬化反応をすることができない状態である。半硬化状態は、軟化状態と硬化状態との間の状態である。半硬化状態は、硬化状態よりも弱い程度の熱硬化を熱硬化性樹脂にさせた状態である。半硬化状態は、自己支持性を有する状態であり、支持体に支持されていない場合でも形状を保持できる状態である。半硬化状態は、加熱されて、熱硬化性樹脂が熱硬化反応をすることができる状態である。以下において、炭素繊維などの強化繊維に未硬化の熱硬化性樹脂を含浸させた複合材の中間基材をプリプレグと称する。

図２は、実施形態に係る前縁カバー部材１０及び複合材翼２０の詳細な構成の一例を示す断面図である。図３は、図２のＡの領域を拡大した拡大図である。図４は、図２の金属補強層１４ａの特性を示すグラフである。図５は、実施形態に係る前縁カバー部材１０及び複合材翼２０の詳細な構成の別の一例を示す断面図である。図６は、実施形態に係る前縁カバー部材１０及び複合材翼２０の詳細な構成のまた別の一例を示す断面図である。図２、図３、図５及び図６は、いずれも、前縁２２の曲線に直交する方向に沿った面における断面図である。以下において、図２、図３、図４、図５及び図６を用いて、前縁カバー部材１０及び複合材翼２０の詳細な構成例を説明する。

複合材翼２０の詳細な構成例の第１例である複合材翼２０ａは、図２に示すように、前縁カバー部材１０の詳細な構成例の第１例である前縁カバー部材１０ａと、複合材翼本体２１の詳細な構成例の第１例である複合材翼本体２１ａと、を有する。複合材翼本体２１ａは、前縁カバー部材１０ａが前縁２２ａを含む前縁領域２３ａの外側に設けられている。なお、前縁２２ａ及び前縁領域２３ａは、それぞれ、前縁２２及び前縁領域２３の詳細な構成例の第１例である。前縁カバー部材１０ａは、図２に示すように、複合材料を含み、前縁領域２３ａの外側に接着して設けられる複合材料カバー基材１１ａと、複合材料カバー基材１１ａの外側の少なくとも一部に形成された金属補強層１４ａと、を有する。

複合材翼２０ａは、図２に示すように、前縁カバー部材１０ａと前縁領域２３ａとの間に設けられ、前縁領域２３ａに前縁カバー部材１０ａを接着する接着剤層１６ａをさらに有する。接着剤層１６ａは、常温硬化型の接着剤が用いられてもよく、加熱硬化型の接着剤が用いられてもよいが、前縁カバー部材１０ａの樹脂が半硬化状態で前縁領域２３ａに接着する場合には、加熱硬化型の接着剤が好ましく用いられる。なお、本実施形態では複合材翼２０ａは接着剤層１６ａを有することとしたが、本発明はこの形態に限定されない。例えば、前縁カバー部材１０ａまたは前縁領域２３ａに含まれる樹脂が前縁領域２３ａへの前縁カバー部材１０ａの接着に用いられるために、接着剤層１６ａを有さない形態となっていてもよい。また、前縁カバー部材１０ａまたは前縁領域２３ａに含まれる樹脂と同様の成分の接着剤が前縁領域２３ａへの前縁カバー部材１０ａの接着に用いられるために、接着剤層１６ａを明確に有さない形態となっていてもよい。

複合材料カバー基材１１ａは、例えば、翼厚方向に複合材料層を積層して、前縁２２ａと対向する位置で折り曲げられて形成されている。複合材料カバー基材１１ａは、図２に示すように、前縁２２ａに交差する方向において、前縁２２ａを跨いで設けられる。複合材料カバー基材１１ａは、詳細には、前縁２２ａの曲線に直交する方向に沿った断面において、複合材料カバー基材１１ａの前縁２２ａに交差する方向の端部１２ａにおける接線の方向の角度が、前縁２２ａが向いている方向Ｃａに対して０°以上１５°以下となるように設けられている。また、複合材料カバー基材１１ａは、前縁２２ａに沿う方向において、前縁２２ａの少なくとも一部または全部の長さで設けられる。

金属補強層１４ａは、例えば、金属めっき等により、複合材料カバー基材１１ａの外側の少なくとも一部に形成されている。金属補強層１４ａは、図２に示すように、前縁２２ａに交差する方向において、複合材料カバー基材１１ａよりも狭い幅で前縁２２ａを跨いで設けられる。金属補強層１４ａは、詳細には、図２に示すように、前縁２２ａの曲線に直交する方向に沿った断面において、金属補強層１４ａの前縁２２ａに交差する方向の端部１５ａにおける接線Ｔａの方向の角度θａが、前縁２２ａが向いている方向Ｃａに対して１５°以上６０°以下となるように設けられている。また、金属補強層１４ａは、前縁２２ａに沿う方向において、複合材料カバー基材１１ａと同じまたは短い長さで設けられる。この場合には、前縁カバー部材１０ａ及び複合材翼２０ａは、金属補強層１４ａが水滴エロージョンの対策にとって適切な範囲に設けられるものとなるので、軽量の状態を好ましく維持しつつ、好適に水滴エロージョンの対策を取ることができる。

複合材料カバー基材１１ａは、複合材翼本体２１ａの翼全長に渡って、厚さが複合材翼本体２１ａの前縁半径もしくは複合材翼本体２１ａの短径の１／２に対する比率が２％以上３０％以下であることが好ましい。また、金属補強層１４ａは、厚さが５μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましい。これらの場合には、前縁カバー部材１０ａ及び複合材翼２０ａは、さらに軽量で、かつ、前縁カバー部材１０ａが複合材翼本体２１ａの前縁領域２３ａになじむものとなる。

また、金属補強層１４ａの厚さは、複合材料カバー基材１１ａの厚さ以下であることが好ましい。この場合には、前縁カバー部材１０ａ及び複合材翼２０ａは、複合材料カバー基材１１ａと金属補強層１４ａとの間で剛性の均衡がとれているので、一方が他方に起因して変形を起こしてしまう可能性を低減できる。

また、複合材料カバー基材１１ａは、複合材料カバー基材１１ａに含まれる強化繊維が複合材翼本体２１ａの翼長方向に対して３０°以上６０°以下の方向に沿って配列されていることが好ましく、４５°の方向に沿って配列されていることがより好ましい。ここで、４５°の方向に沿って配列されているとは、４５°を中心として±５°の誤差の範囲内を含んでいる。この場合には、前縁カバー部材１０ａ及び複合材翼２０ａは、複合材料カバー基材１１ａに含まれる強化繊維が前縁２２ａの曲線に対して直交してしまうために大きく折り曲げられる箇所を低減することができるので、複合材料カバー基材１１ａに含まれる強化繊維が前縁領域２３ａに沿って容易に変形することができるので、前縁カバー部材１０ａが複合材翼本体２１ａの前縁領域２３ａによりなじむものとなる。特に、前縁カバー部材１０ａ及び複合材翼２０ａは、複合材翼本体２１ａを形成している背側及び腹側の曲面が複雑であればあるほど、すなわち、翼頂側における翼幅方向と翼根側における翼幅方向との間のねじれが強ければ強いほど、複合材料カバー基材１１ａに含まれる強化繊維の角度を上記した範囲にすることによる前縁カバー部材１０ａが前縁２２ａになじむ効果が顕著なものとなる。

また、複合材料カバー基材１１ａは、炭素繊維強化プラスチック（Carbon Fiber Reinforced Plastic、ＣＦＲＰ）またはガラス繊維強化プラスチック（Glass Fiber Reinforced Plastic、ＧＦＲＰ）の薄膜プリプレグを積層して形成されていることが好ましい。ここで、炭素繊維強化プラスチックまたはガラス繊維強化プラスチックの薄膜プリプレグは、厚さが２０μｍ以上１００μｍ以下のものが好適に用いられる。このような場合には、前縁カバー部材１０ａ及び複合材翼２０ａは、１枚１枚の薄膜プリプレグが軽量かつ容易に変形することができるため、複合材料カバー基材１１ａが軽量かつ複合材翼本体２１ａの前縁領域２３ａに沿って容易に変形することができるものとなるので、より複合材翼本体２１ａの前縁領域２３ａになじむものとなる。

あるいは、複合材料カバー基材１１ａは、複合材料カバー基材１１ａに含まれる強化繊維が、ケブラー（登録商標）と称される芳香族ポリアミド系樹脂、及び、ベクトラン（登録商標）と称される高強力ポリアリレート繊維等に例示される高弾性樹脂繊維であることが好ましい。このような場合には、前縁カバー部材１０ａ及び複合材翼２０ａは、高弾性樹脂繊維が軽量かつ容易に変形することができるため、複合材料カバー基材１１ａが軽量かつ複合材翼本体２１ａの前縁領域２３ａに沿って容易に変形することができるものとなるので、より複合材翼本体２１ａの前縁領域２３ａになじむものとなる。

また、図３に示すように、複合材料カバー基材１１ａにおいて金属補強層１４ａが設けられている面側に接触して設けられ、電気絶縁性を有する電気絶縁層１７ａを含むことが好ましい。さらに、電気絶縁層１７ａは、絶縁ガラス繊維強化プラスチック層であることがより好ましい。このような場合には、前縁カバー部材１０ａ及び複合材翼２０ａは、電気絶縁層１７ａが複合材料カバー基材１１ａと金属補強層１４ａとの間を電気的に絶縁するので、金属補強層１４ａが電極となってしまうことに伴い電食されることを抑制することができる。

金属補強層１４ａは、高い耐食性と疲労強度を有する金属で構成される。また、金属補強層１４ａは、ＨＶ硬度（Vickers Hardness）及び摩耗深さが、図４のグラフにおける曲線３０によって示される特性を有する。すなわち、金属補強層１４ａは、ＨＶ硬度が高くなるに従って、摩耗深さが浅くなる傾向を有する。なお、図４のグラフでは、横軸がＨＶ硬度であり、縦軸が摩耗深さであり、摩耗深さの単位が［ｍｍ／ｙｒ］である。ここで、摩耗深さの単位［ｍｍ／ｙｒ］は、１年あたりの摩耗深さ［ｍｍ］のことを指している。

金属補強層１４ａは、軟質金属が用いられる場合、図４のグラフに示すように、曲線３０上の点３１付近から左側の領域によって示される特性を有し、すなわち、ＨＶ硬度が３０以上３００以下、摩耗深さが１ｍｍ／ｙｒ以上１０ｍｍ／ｙｒ以下である。金属補強層１４ａに用いられる軟質金属は、銅（Ｃｕ）めっき処理によって層状に形成される銅（Ｃｕ）めっき層、及び、純度の高い純ニッケル（Ｎｉ）めっき処理によって層状に形成される比較的硬度の低い純ニッケル（Ｎｉ）めっき層等が例示される。金属補強層１４ａは、硬質金属が用いられる場合、曲線３０上の点３２の付近によって示される特性を有し、すなわち、ＨＶ硬度が５００以上８００以下と軟質金属と比較してＨＶ硬度が高く、摩耗深さが０．０４ｍｍ／ｙｒ以上０．２ｍｍ／ｙｒ以下である。ニッケル（Ｎｉ）合金めっき処理によって層状に形成されるニッケル（Ｎｉ）合金めっき層が例示される。ニッケル合金めっきとしては、ニッケル（Ｎｉ）−リン（Ｐ）めっき、ニッケル（Ｎｉ）−ボロン（Ｂ）めっき、ニッケル（Ｎｉ）−タングステン（Ｗ）めっき等が好適に適用できる。ニッケル合金めっきは、無電解めっきを適用することができるので、無電解めっきを適用することで、開口部が狭くて深さのある形状の表面に対しても均等な膜厚で層を形成することができる。金属補強層１４ａは、超硬質金属が用いられる場合、曲線３０上の点３３の付近によって示される特性を有し、すなわち、ＨＶ硬度が８００以上１２００以下と硬質金属と比較してＨＶ硬度が高く、摩耗深さが０．０１ｍｍ／ｙｒ以上０．０４ｍｍ／ｙｒ以下である。金属補強層１４ａに用いられる超硬質金属は、硬質クロム（Ｃｒ）めっき処理によって層状に形成される硬質クロム（Ｃｒ）めっき層が例示される。

金属補強層１４ａは、図３に示すように、表面側に設けられ、硬質金属または超硬質金属で形成される硬質金属補強層１９ａを含むことが好ましい。さらに、硬質金属補強層１９ａは、硬質Ｃｒめっき層あるいはＮｉ合金めっき層であることがより好ましい。このような場合には、前縁カバー部材１０ａ及び複合材翼２０ａは、前縁領域２３ａに設けられた硬質金属補強層１９ａの摩耗深さが０．２ｍｍ／ｙｒ以下と非常に小さいため、産業用のガスタービン圧縮機に用いられる場合に、複合材翼本体２１ａに目掛けて吸気温度低減のために行われる水滴噴霧に伴う水滴の衝突によって前縁領域２３ａが摩耗することを低減することができる。なお、このような場合には、前縁カバー部材１０ａ及び複合材翼２０ａは、ＨＶ硬度が高い硬質金属補強層１９ａが金属補強層１４ａの表面側に含むので、複合材翼２０ａ側の特性である前縁領域２３ａへのなじみ性に影響を及ぼすことが少ない。

また、金属補強層１４ａは、図３に示すように、複合材料カバー基材１１ａが設けられている面側に接触して設けられ、軟質金属で形成される補助金属補強層１８ａを含むことが好ましい。さらに、補助金属補強層１８ａは、Ｃｕめっき層あるいは純Ｎｉめっき層であることが好ましい。このような場合には、前縁カバー部材１０ａ及び複合材翼２０ａは、補助金属補強層１８ａが３００以下とＨＶ硬度が低い軟質金属であるため、軟質で延性が高いので、複合材料カバー基材１１ａと金属補強層１４ａとの間の境界面に発生するせん断歪みを緩和することにより、複合材料カバー基材１１ａと金属補強層１４ａとの密着強度を向上させることができる。

なお、前縁カバー部材１０ａは、電気絶縁層１７ａを含み、かつ、金属補強層１４ａが補助金属補強層１８ａと硬質金属補強層１９ａとを含む場合、図３に示すように、複合材料カバー基材１１ａから外側に向かって、電気絶縁層１７ａ、補助金属補強層１８ａ及び硬質金属補強層１９ａの順に積層される。前縁カバー部材１０ａは、このような順に各層が積層されることで、上記した電気絶縁層１７ａ、補助金属補強層１８ａ及び硬質金属補強層１９ａの各特性を好適に発揮することができる。

また、複合材料カバー基材１１ａの金属補強層１４ａ側の境界面は、算術平均粗さが１μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。具体的には、複合材料カバー基材１１ａの金属補強層１４ａ側の境界面は、サンディング等のブラスト処理が施されることにより、上記した範囲内の算術平均粗さに加工されていることが好ましい。このような場合には、前縁カバー部材１０ａ及び複合材翼２０ａは、複合材料カバー基材１１ａと金属補強層１４ａとの間の境界面の算術平均粗さにより、この境界面にアンカー効果が生じることにより、複合材料カバー基材１１ａと金属補強層１４ａとの密着強度を向上させることができる。

前縁カバー部材１０ａ及び複合材翼２０ａは、以上のような構成を有するので、前縁カバー部材１０ａにおいて複合材翼本体２１ａの前縁領域２３ａと接着して設けられる部分を軽量で加工性のよい複合材料で構成し、前縁カバー部材１０ａにおいて空気流の上流側の部位である外側の部分を高い耐食性と疲労強度を有する金属で構成することができるので、産業用のガスタービン圧縮機に用いられる複合材翼本体２１ａに水滴エロージョンの対策として用いることにも適したものとなる。

複合材翼２０ｂは、複合材翼２０の詳細な構成例の第２例であり、図５に示すように、複合材翼２０ａにおいて、複合材料カバー基材１１ａと金属補強層１４ａとの境界部分における外側の表面が段差なく滑らかな面で形成されるような構成に変更し、かつ、複合材翼本体２１ａと前縁カバー部材１０ａとの境界部分における外側の表面が段差なく滑らかな面で形成されるような構成に変更したものである。複合材翼２０ｂは、その他の構成については、複合材翼２０ａと同様であるので、その詳細な説明を省略する。

なお、複合材翼２０の詳細な構成例の第２例の複合材翼２０ｂの説明では、説明の便宜上、明細書中及び図面中で、各構成要素について複合材翼２０の詳細な構成例の第１例の複合材翼２０ａの説明と異なる符号を用いている。具体的には、複合材翼２０ａにおける前縁カバー部材１０ａ、複合材料カバー基材１１ａ、端部１２ａ、金属補強層１４ａ、端部１５ａ、接着剤層１６ａ、複合材翼本体２１ａ、前縁２２ａ、前縁領域２３ａ、方向Ｃａ、接線Ｔａ及び角度θａとそれぞれ対応する構成について、複合材翼２０ｂにおいて、前縁カバー部材１０ｂ、複合材料カバー基材１１ｂ、端部１２ｂ、金属補強層１４ｂ、端部１５ｂ、接着剤層１６ｂ、複合材翼本体２１ｂ、前縁２２ｂ、前縁領域２３ｂ、方向Ｃｂ、接線Ｔｂ及び角度θｂとしている。

複合材翼本体２１ｂの前縁領域２３ｂには、図５に示すように、前縁カバー部材１０ｂの複合材料カバー基材１１ｂが嵌め合わされる形状の段差部２４ｂが形成されている。段差部２４ｂは、翼厚方向に沿った方向の深さが、複合材料カバー基材１１ｂの端部１２ｂにおける厚さと接着剤層１６ｂの厚さとの合計と同等であり、深くなっている部分の翼長方向及び翼幅方向に沿う面の面積が、複合材料カバー基材１１ｂの面積と同等である。これにより、複合材翼本体２１ｂの前縁領域２３ｂと前縁カバー部材１０ｂの複合材料カバー基材１１ｂとの境界部分、すなわち端部１２ｂのある部分における外側の表面が、段差なく滑らかな面で形成される。なお、接着剤層１６ｂを有さない形態である場合、段差部２４ｂは、翼厚方向に沿った方向の深さが、複合材料カバー基材１１ｂの端部１２ｂにおける厚さと同等に形成されている。

複合材翼本体２１ｂの前縁領域２３ｂが複合材料層を積層して形成されている場合、積層する複合材料層の厚さ及び積層枚数等を制御することで、段差部２４ｂの深さ等の形状を正確に形成することができる。

前縁カバー部材１０ｂ及び複合材翼２０ｂは、このように、前縁領域２３ｂと複合材料カバー基材１１ｂとの境界部分における外側の表面が、段差なく滑らかな面で形成されているので、複合材翼２０ｂの空力面の効率低下を抑制することができる。

また、前縁カバー部材１０ｂの複合材料カバー基材１１ｂには、図５に示すように、前縁カバー部材１０ｂの金属補強層１４ｂが嵌め合わされる形状の段差部１３ｂが形成されている。段差部１３ｂは、翼厚方向に沿った方向の深さが、金属補強層１４ｂの端部１５ｂにおける厚さと同等であり、深くなっている部分の翼長方向及び翼幅方向に沿う面の面積が、金属補強層１４ｂの面積と同等である。また、段差部１３ｂは、上記した電気絶縁層１７ａと同様の電気絶縁層が設けられる場合には、電気絶縁層の厚さ分だけさらに深く形成される。これにより、複合材料カバー基材１１ｂと金属補強層１４ｂとの境界部分における外側の表面が、段差なく滑らかな面で形成される。

前縁カバー部材１０ｂの複合材料カバー基材１１ｂが複合材料層を積層して形成されている場合、積層する複合材料層の厚さ及び積層枚数等を制御することで、段差部１３ｂの深さ等の形状を正確に形成することができる。

前縁カバー部材１０ｂ及び複合材翼２０ｂは、このように、複合材料カバー基材１１ｂと金属補強層１４ｂとの境界部分における外側の表面が、段差なく滑らかな面で形成されているので、複合材翼２０ｂの空力面の効率低下を抑制することができる。

前縁カバー部材１０ｂ及び複合材翼２０ｂは、以上のような構成を有するので、上記した作用効果に加えて、前縁カバー部材１０ａ及び複合材翼２０ａと同様の作用効果を奏するものとなる。

複合材翼２０ｃは、複合材翼２０の詳細な構成例の第３例であり、図６に示すように、複合材翼２０ｂにおいて、複合材料カバー基材１１ｂの金属補強層１４ｂ側の境界面にパラジウム触媒粒子を含有するプライマー層１８ｃを形成した構成に変更したものである。複合材翼２０ｃは、その他の構成については、複合材翼２０ｂと同様であるので、その詳細な説明を省略する。

なお、複合材翼２０の詳細な構成例の第３例の複合材翼２０ｃの説明では、説明の便宜上、明細書中及び図面中で、各構成要素について複合材翼２０の詳細な構成例の第２例の複合材翼２０ｂの説明と異なる符号を用いている。具体的には、複合材翼２０ｂにおける前縁カバー部材１０ｂ、複合材料カバー基材１１ｂ、端部１２ｂ、段差部１３ｂ、金属補強層１４ｂ、端部１５ｂ、接着剤層１６ｂ、複合材翼本体２１ｂ、前縁２２ｂ、前縁領域２３ｂ、段差部２４ｂ、方向Ｃｂ、接線Ｔｂ及び角度θｂとそれぞれ対応する構成について、複合材翼２０ｃにおいて、前縁カバー部材１０ｃ、複合材料カバー基材１１ｃ、端部１２ｃ、段差部１３ｃ、金属補強層１４ｃ、端部１５ｃ、接着剤層１６ｃ、複合材翼本体２１ｃ、前縁２２ｃ、前縁領域２３ｃ、段差部２４ｃ、方向Ｃｃ、接線Ｔｃ及び角度θｃとしている。

プライマー層１８ｃは、図６に示すように、複合材料カバー基材１１ｃの外側の面のうち段差部１３ｃが形成されている領域に、均一の厚さで形成されている。金属補強層１４ｃは、プライマー層１８ｃを介して、複合材料カバー基材１１ｃの外側の面のうち段差部１３ｃが形成されている領域に形成されている。この場合には、前縁カバー部材１０ｃ及び複合材翼２０ｃは、プライマー層１８ｃに含まれるパラジウム触媒粒子により、複合材料カバー基材１１ｃと金属補強層１４ｃとの密着強度を向上させることができるとともに、金属補強層１４ｃを平滑化させて複合材翼２０ｃの空力性能を向上させることができる。特に、前縁カバー部材１０ｃ及び複合材翼２０ｃは、金属補強層１４ｃが金属めっき処理で形成される場合、パラジウム触媒粒子により金属補強層１４ｃが、高い密着強度で、かつ、平滑に、形成されやすくなるため、好ましい。

プライマー層１８ｃは、パラジウム触媒粒子に加えて、エポキシ樹脂等の樹脂を含むことが好ましい。また、プライマー層１８ｃは、複合材料カバー基材１１ｃに含まれる樹脂の成分を含むことがより好ましい。この場合には、前縁カバー部材１０ｃ及び複合材翼２０ｃは、プライマー層１８ｃに含まれる樹脂により、複合材料カバー基材１１ｃと金属補強層１４ｃとの密着強度をさらに向上させることができる。

段差部１３ｃは、プライマー層１８ｃが形成されていることに伴い、段差部１３ｂとは翼厚方向に沿った方向の深さが異なる。段差部１３ｃは、翼厚方向に沿った方向の深さが金属補強層１４ｃの端部１５ｃにおける厚さとプライマー層１８ｃの厚さとの合計と同等である。また、段差部１３ｃは、上記した電気絶縁層１７ａと同様の電気絶縁層が設けられる場合には、電気絶縁層の厚さ分だけさらに深く形成される。

前縁カバー部材１０ｃ及び複合材翼２０ｃは、以上のような構成を有するので、上記した作用効果に加えて、前縁カバー部材１０ｂ及び複合材翼２０ｂと同様の作用効果を奏するものとなる。

図７は、実施形態に係る前縁カバー部材及び複合材翼の製造方法を示すフローチャートである。図８は、図７の複合材料カバー基材形成ステップＳ１２を説明する説明図である。図９は、図７の金属補強層形成ステップＳ１３の１段階を説明する説明図である。図１０は、図７の金属補強層形成ステップＳ１３の次の１段階を説明する説明図である。図１１は、図７の接着ステップＳ１４を説明する説明図である。図７から図１１を用いて、実施形態に係る前縁カバー部材１０及び複合材翼２０の製造方法の一例として、上記した３つの例のうち最も複雑な構成を有する前縁カバー部材１０ｃ及び複合材翼２０ｃの製造方法を説明する。実施形態に係る前縁カバー部材１０及び複合材翼２０の製造方法は、図７に示すように、雄型準備ステップＳ１１と、複合材料カバー基材形成ステップＳ１２と、金属補強層形成ステップＳ１３と、接着ステップＳ１４と、を含む。

雄型準備ステップＳ１１は、複合材翼本体２１ｃの前縁領域２３ｃの形状を有する雄型４０（図８参照）を準備するステップである。雄型４０は、複合材翼本体２１ｃの前縁領域２３ｃの設計図を用いて、雄型４０の材料を成形することで準備することができる。また、雄型４０は、１つ１つ形状が微妙に異なる複合材翼本体２１ｃの前縁領域２３ｃを用いて雌型を作成し、この雌型を用いて雄型４０の材料を成形することで準備することもできる。また、雄型４０は、複合材翼本体２１ｃの前縁領域２３ｃを切り離したものを用いることで準備することもできる。雄型４０は、図８に示すように、複合材翼本体２１ｃの前縁領域２３ｃに形成されている段差部２４ｃと同様の形状の段差部４１が形成されている。

複合材料カバー基材形成ステップＳ１２は、雄型準備ステップＳ１１で準備した雄型４０に、強化繊維と樹脂とを含む複合材料のプリプレグを積層して硬化させることで、前縁カバー部材１０ｃにおける複合材料カバー基材１１ｃを形成するステップである。複合材料カバー基材形成ステップＳ１２では、まず、図８に示すように、段差部４１に丁度嵌め合わせ可能な第１の厚さのプリプレグ４２を積層する。複合材料カバー基材形成ステップＳ１２では、次に、図８に示すように、プリプレグ４２のうち、後述する金属補強層形成ステップＳ１３で金属補強層１４ｃが形成されない領域、すなわち、金属補強層１４ｃを取り囲んで外側に露出する領域に、第２の厚さのプリプレグ４３を積層する。ここで、複合材料カバー基材形成ステップＳ１２では、第１の厚さと第２の厚さとの合計を複合材料カバー基材１１ｃの厚さと同等とし、かつ、第２の厚さを段差部１３ｃの深さと同等とする。これにより、複合材料カバー基材形成ステップＳ１２では、プリプレグ４２とプリプレグ４３との間に、段差部１３ｃの深さと同等の深さを有する段差部４４が形成される。

ここで、複合材料カバー基材形成ステップＳ１２では、プリプレグ４２及びプリプレグ４３は、複合材料カバー基材１１ｃに用いられることが好ましい複合材料が好ましく用いられる。特に、複合材料カバー基材形成ステップＳ１２では、プリプレグ４２及びプリプレグ４３に含まれる強化繊維が、複合材翼本体２１ｃの翼長方向と対応する雄型４０の方向に対して３０°以上６０°以下の方向に沿って配列されていることが好ましく、４５°の方向に沿って配列されていることがより好ましく、この場合、雄型４０に沿って容易に変形してなじむことができる。また、複合材料カバー基材形成ステップＳ１２では、雄型４０の外側の面の形状が複雑であればあるほど、この強化繊維が雄型４０に沿って容易に変形してなじむ効果が顕著なものとなる。

そして、複合材料カバー基材形成ステップＳ１２では、プリプレグ４２及びプリプレグ４３が積層された雄型４０を適切な温度で加熱することにより、プリプレグ４２及びプリプレグ４３に含まれる樹脂を硬化させて、複合材料カバー基材１１ｃを形成する。なお、複合材料カバー基材形成ステップＳ１２では、プリプレグ４２及びプリプレグ４３に含まれる樹脂を、軟化状態から半硬化状態または硬化状態に硬化させてもよいし、半硬化状態から硬化状態に硬化させてもよい。ここで、複合材料カバー基材形成ステップＳ１２でプリプレグ４２及びプリプレグ４３に含まれる樹脂を半硬化状態にする場合、樹脂全体に対する硬化状態の樹脂の質量割合である硬化度が２０％以上５０％以下であることが好ましく、この場合、後述する接着ステップＳ１４で、複合材料カバー基材１１ｃと複合材翼本体２１ｃとの接着強度を向上させることができる。

また、複合材料カバー基材形成ステップＳ１２では、雄型４０を用いて、プリプレグ４２及びプリプレグ４３を雄型４０にならわせることで、複合材料カバー基材１１ｃを形成するので、複合材料カバー基材１１ｃの形状のばらつきを低減することができる。

複合材料カバー基材形成ステップＳ１２を経ることにより、プリプレグ４２及びプリプレグ４３が複合材料カバー基材１１ｃとなり、プリプレグ４２及びプリプレグ４３が揃えられて積層された端部が端部１２ｃとなり、プリプレグ４２とプリプレグ４３との間の段差部４４が段差部１３ｃとなる。

また、複合材料カバー基材形成ステップＳ１２では、複合材料カバー基材１１ｃの外側の面のうち段差部１３ｃが形成されている領域に、上記した電気絶縁層１７ａと同様の電気絶縁層を形成することが好ましい。複合材料カバー基材形成ステップＳ１２では、この場合、複合材料カバー基材１１ｃと、電気絶縁層とを同時に硬化させて形成することが好ましい。ここで、金属補強層形成ステップＳ１３では、この電気絶縁層は、前縁カバー部材１０ａ及び複合材翼２０ａの説明において上記した材料が好ましく用いられる。

金属補強層形成ステップＳ１３は、複合材料カバー基材形成ステップＳ１２で形成された複合材料カバー基材１１ｃの外側の少なくとも一部に金属補強層１４ｃを形成するステップである。金属補強層形成ステップＳ１３では、まず、複合材料カバー基材形成ステップＳ１２で形成された複合材料カバー基材１１ｃを、雄型４０から取り外す。

金属補強層形成ステップＳ１３では、次に、図９に示すように、複合材料カバー基材１１ｃの外側の面のうち段差部１３ｃが形成されている領域に、均一の厚さのプライマー層１８ｃを塗布により形成する。なお、金属補強層形成ステップＳ１３では、上記した電気絶縁層１７ａと同様の電気絶縁層を形成した場合には、電気絶縁層を介してこの領域にプライマー層１８ｃを形成する。

金属補強層形成ステップＳ１３では、さらに、図１０に示すように、形成したプライマー層１８ｃの上に、金属補強層１４ｃを形成する。金属補強層形成ステップＳ１３では、金属めっき処理により金属補強層１４ｃを形成することが好ましく、この場合、プライマー層１８ｃが形成された領域が金属めっき施工面となり、プライマー層１８ｃに含まれるパラジウム触媒粒子により、金属補強層１４ｃが、高い密着強度で、かつ、平滑に、形成されやすくなる。

金属補強層形成ステップＳ１３では、上記した補助金属補強層１８ａと同様の補助金属補強層を複合材料カバー基材１１ｃ側に形成してから、上記した硬質金属補強層１９ａと同様の硬質金属補強層を表面側に形成することが好ましい。具体的には、金属補強層形成ステップＳ１３では、形成したプライマー層１８ｃの上に、まず、上記した補助金属補強層１８ａと同様の補助金属補強層を形成するために電解Ｃｕめっき処理または純Ｎｉめっき処理によりＣｕめっき層または純Ｎｉめっき層を形成し、次に、上記した硬質金属補強層１９ａと同様の硬質金属補強層を形成するために電解硬質Ｃｒめっき処理により硬質Ｃｒめっき層を形成するか、または、無電解Ｎｉ合金めっき処理によりＮｉ合金めっき層を形成することが好ましい。

ここで、金属補強層形成ステップＳ１３では、金属補強層１４ｃを、複合材翼本体２１ｃの前縁領域２３ｃに直接形成するのではなく、後述する接着ステップＳ１４で複合材翼本体２１ｃの前縁領域２３ｃに接着されることになる複合材料カバー基材１１ｃに形成している。このため、金属補強層形成ステップＳ１３では、金属めっき処理により金属補強層１４ｃを形成する場合、大きなサイズの複合材翼本体２１ｃを浸すことが可能な大きな金属めっき浴を用いることなく、複合材翼本体２１ｃと比較して小さいサイズの複合材料カバー基材１１ｃを浸すことが可能な比較的小さな金属めっき浴を用いれば十分である。したがって、金属補強層形成ステップＳ１３は、比較的小さな設備で金属補強層１４ｃを形成することができるので、金属補強層１４ｃを形成するコストを大幅に改善することができるとともに、金属補強層１４ｃの品質を向上させることができる。また、金属補強層形成ステップＳ１３は、その中で電解めっき処理を行う場合には、複合材料カバー基材１１ｃを予め少し長めに形成しておく等、電極が取り付けられる領域を容易に確保することが可能となる。

また、金属補強層形成ステップＳ１３では、金属補強層１４ｃを蒸着処理やスパッタリング処理等の真空処理により形成することもできる。このような場合でも、上記した金属めっき処理で金属補強層１４ｃを形成する場合と同様に、上記した補助金属補強層１８ａと同様の補助金属補強層を形成してから、上記した硬質金属補強層１９ａと同様の硬質金属補強層を形成することが好ましい。また、このような場合でも、上記した金属めっき処理で金属補強層１４ｃを形成する場合と同様に、比較的小さな真空チャンバを用いれば十分であるため、金属補強層１４ｃを形成するコストを大幅に改善することができるとともに、金属補強層１４ｃの品質を向上させることができる。

また、金属補強層形成ステップＳ１３では、Ｕ字状に湾曲している複合材料カバー基材１１ｃをＩ字状に開いてから、金属補強層１４ｃを形成してもよい。この場合、金属補強層形成ステップＳ１３で形成される金属補強層１４ｃは、複合材料カバー基材１１ｃの湾曲部分の形状に起因して金属めっきや金属蒸着等の膜厚等に偏りが出る可能性を低減することができる。

金属補強層形成ステップＳ１３では、図１０に示すように、金属補強層１４ｃを、段差部１３ｃの深さからプライマー層１８ｃの厚さ及び上記した電気絶縁層１７ａと同様の電気絶縁層の厚さを差し引いた厚さで形成する。このため、金属補強層形成ステップＳ１３では、複合材料カバー基材１１ｃと金属補強層１４ｃとの境界部分における外側の表面を、段差なく滑らかな面で形成することができる。

金属補強層形成ステップＳ１３を経ることにより、複合材料カバー基材１１ｃと金属補強層１４ｃとを有する前縁カバー部材１０ｃが得られる。

接着ステップＳ１４は、金属補強層形成ステップＳ１３までを経ることで得られた前縁カバー部材１０ｃを、複合材翼本体２１ｃに嵌め合わせて接着するステップである。接着ステップＳ１４では、まず、複合材翼本体２１ｃの前縁領域２３ｃに形成された段差部２４ｃに、接着剤を塗布して接着剤層１６ｃを形成する。接着ステップＳ１４では、次に、図１１に示すように、接着剤層１６ｃを形成した複合材翼本体２１ｃに、金属補強層１４ｃが形成されている側を外側に向けた前縁カバー部材１０ｃを被せる。接着ステップＳ１４では、さらに、接着剤層１６ｃを硬化させることで、前縁カバー部材１０ｃと複合材翼本体２１ｃとを接着する。これにより、前縁カバー部材１０ｃと複合材翼本体２１ｃとを有する複合材翼２０ｃが得られる。なお、接着ステップＳ１４では、最終的に接着剤層１６ｃを有さない形態となるように前縁カバー部材１０ｃと複合材翼本体２１ｃとを接着してもよく、例えば、前縁カバー部材１０ｃまたは前縁領域２３ｃに含まれる樹脂を半硬化状態から硬化状態に硬化させることで接着してもよく、前縁カバー部材１０ｃまたは前縁領域２３ｃに含まれる樹脂と同様の成分の接着剤を用いて接着してもよい。

なお、前縁カバー部材１０ｃ及び複合材翼２０ｃに代えて前縁カバー部材１０ｂ及び複合材翼２０ｂを得たい場合には、上記した実施形態に係る前縁カバー部材及び複合材翼の製造方法において、金属補強層形成ステップＳ１３においてプライマー層１８ｃを形成する処理に代えて、複合材料カバー基材１１ｂの表面にサンディング等のブラスト処理を施すことにより算術平均粗さを１μｍ以上１０μｍ以下とする処理に変更すればよい。

また、前縁カバー部材１０ｃ及び複合材翼２０ｃに代えて前縁カバー部材１０ａ及び複合材翼２０ａを得たい場合には、上記した実施形態に係る前縁カバー部材及び複合材翼の製造方法において、前縁カバー部材１０ｃ及び複合材翼２０ｃに代えて前縁カバー部材１０ｂ及び複合材翼２０ｂを得たい場合にする変更に加えて、雄型準備ステップＳ１１において段差部４１が形成された雄型４０に代えて段差部４１が形成されていない雄型を準備するように変更し、複合材料カバー基材形成ステップＳ１２において段差部４４を形成しないようにプリプレグ４２，４３等を積層して段差部１３ｃのない複合材料カバー基材１１ａを形成するように変更すればよい。

実施形態に係る前縁カバー部材及び複合材翼の製造方法は、以上のような構成を有するので、前縁カバー部材１０ａ，１０ｂ，１０ｃにおいて複合材翼本体２１ａ，２１ｂ，２１ｃの前縁領域２３ａ，２３ｂ，２３ｃと接着して設けられる部分を軽量で加工性のよい複合材料で構成し、前縁カバー部材１０ａ，１０ｂ，１０ｃにおいて空気流の上流側の部位である外側の部分を高い耐食性と疲労強度を有する金属で構成することができるので、産業用のガスタービン圧縮機に用いられる複合材翼本体２１ａ，２１ｂ，２１ｃに水滴エロージョンの対策として用いることにも適した前縁カバー部材１０ａ，１０ｂ，１０ｃ及び複合材翼２０ａ，２０ｂ，２０ｃを得ることができる。

また、実施形態に係る前縁カバー部材及び複合材翼の製造方法は、複合材料カバー基材１１ａ，１１ｂ，１１ｃを雄型４０から取り外す段階が、金属補強層形成ステップＳ１３において金属補強層１４ｃを形成する前の段階に限定されず、複合材料カバー基材形成ステップＳ１２において複合材料カバー基材１１ａ，１１ｂ，１１ｃを形成して以降、接着ステップＳ１４において複合材翼本体２１ａ，２１ｂ，２１ｃに被せる直前までのどの段階であってもよい。例えば、接着ステップＳ１４において複合材翼本体２１ａ，２１ｂ，２１ｃに被せる直前まで複合材料カバー基材１１ａ，１１ｂ，１１ｃを雄型４０から取り外さない場合、前縁カバー部材１０ａ，１０ｂ，１０ｃと、前縁カバー部材１０ａ，１０ｂ，１０ｃが外側に設けられた雄型４０と、を有する前縁カバー部材ユニットとして取り扱うことができる。前縁カバー部材ユニットは、以上のような構成を有するので、雄型４０により前縁カバー部材１０ａ，１０ｂ，１０ｃの形状を適切に維持した状態で搬送などの取り扱いを行うことを可能にする。

１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ 前縁カバー部材
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ 複合材料カバー基材
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１５ａ，１５ｂ，１５ｃ 端部
１３ｂ，１３ｃ，２４ｂ，２４ｃ，４１，４４ 段差部
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ 金属補強層
１６ａ，１６ｂ，１６ｃ 接着剤層
１７ａ 電気絶縁層
１８ａ 補助金属補強層
１８ｃ プライマー層
１９ａ 硬質金属補強層
２０，２０ａ，２０ｂ，２０ｃ 複合材翼
２１，２１ａ，２１ｂ，２１ｃ 複合材翼本体
２２，２２ａ，２２ｂ，２２ｃ 前縁
２３，２３ａ，２３ｂ，２３ｃ 前縁領域
２６ 複合材翼支持部材
３０ 曲線
３１，３２，３３ 点
４０ 雄型
４２，４３ プリプレグ

Claims (20)

1. 強化繊維と樹脂とを含む複合材翼本体において空気流の上流側の部位である前縁を含む前縁領域の外側に設けられる前縁カバー部材であって、
   強化繊維と樹脂とを含み、前記前縁領域の外側に接着して設けられ、前記前縁領域に沿った複合材料カバー基材と、
   前記複合材料カバー基材の外側の少なくとも一部に形成された金属補強層と、
   を有することを特徴とする前縁カバー部材。
2. 前記複合材料カバー基材は、前記複合材翼本体の翼全長に渡って、厚さが前記複合材翼本体の前縁半径もしくは前記複合材翼本体の短径の１／２に対する比率が２％以上３０％以下であり、
   前記金属補強層は、厚さが５μｍ以上１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の前縁カバー部材。
3. 前記金属補強層の厚さは、前記複合材料カバー基材の厚さ以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の前縁カバー部材。
4. 前記複合材料カバー基材は、前記複合材料カバー基材に含まれる強化繊維が前記複合材翼本体の翼長方向に対して３０°以上６０°以下の方向に沿って配列されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の前縁カバー部材。
5. 前記複合材料カバー基材は、炭素繊維強化プラスチックまたはガラス繊維強化プラスチックの薄膜プリプレグを積層して形成されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の前縁カバー部材。
6. 前記複合材料カバー基材は、前記複合材料カバー基材に含まれる強化繊維が高弾性樹脂繊維であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の前縁カバー部材。
7. 前記複合材料カバー基材において前記金属補強層が設けられている面側に接触して設けられ、電気絶縁性を有する電気絶縁層を含むことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の前縁カバー部材。
8. 前記電気絶縁層は、絶縁ガラス繊維強化プラスチック層であることを特徴とする請求項７に記載の前縁カバー部材。
9. 前記金属補強層は、表面側に設けられ、硬質金属または超硬質金属で形成される硬質金属補強層を含むことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の前縁カバー部材。
10. 前記硬質金属補強層は、硬質Ｃｒめっき層あるいはＮｉ合金めっき層であることを特徴とする請求項９に記載の前縁カバー部材。
11. 前記金属補強層は、前記複合材料カバー基材が設けられている面側に接触して設けられ、軟質金属で形成される補助金属補強層を含むことを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の前縁カバー部材。
12. 前記補助金属補強層は、Ｃｕめっき層あるいは純Ｎｉめっき層であることを特徴とする請求項１１に記載の前縁カバー部材。
13. 前記複合材料カバー基材の前記金属補強層側の境界面は、算術平均粗さが１μｍ以上１０μｍ以下であることを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の前縁カバー部材。
14. 前記複合材料カバー基材の前記金属補強層側の境界面は、パラジウム触媒粒子を含有するプライマー層が形成されていることを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の前縁カバー部材。
15. 前記複合材料カバー基材と前記金属補強層との境界部分における外側の表面は、段差なく滑らかな面で形成されていることを特徴とする請求項１から請求項１４のいずれか１項に記載の前縁カバー部材。
16. 請求項１から請求項１５のいずれか１項に記載の前縁カバー部材と、
    前記前縁カバー部材が外側に設けられ、前記複合材翼本体の前記前縁領域の形状を有する雄型と、
    を有することを特徴とする前縁カバー部材ユニット。
17. 請求項１から請求項１５のいずれか１項に記載の前縁カバー部材と、
    前記前縁カバー部材が前記前縁領域の外側に設けられた前記複合材翼本体と、
    を有することを特徴とする複合材翼。
18. 前記複合材翼本体と前記前縁カバー部材との境界部分における外側の表面は、段差なく滑らかな面で形成されていることを特徴とする請求項１７に記載の複合材翼。
19. 複合材翼本体において空気流の上流側の部位である前縁を含む前縁領域の外側に設けられる前縁カバー部材の製造方法であって、
    前記複合材翼本体の前記前縁領域の形状を有する雄型に、強化繊維と樹脂とを含むプリプレグを積層して硬化させることで前縁カバー部材における複合材料カバー基材を形成する複合材料カバー基材形成ステップと、
    前記複合材料カバー基材形成ステップで形成された前記複合材料カバー基材の外側の少なくとも一部に金属補強層を形成することで、前記前縁カバー部材を形成する金属補強層形成ステップと、
    を有することを特徴とする前縁カバー部材の製造方法。
20. 請求項１９に記載の前縁カバー部材の製造方法における前記複合材料カバー基材形成ステップ及び前記金属補強層形成ステップと、
    前記金属補強層が形成された前記前縁カバー部材を前記複合材翼本体に嵌め合わせて接着する接着ステップと、
    を有することを特徴とする複合材翼の製造方法。

Images